若干具有综合复杂特性的冶金工业过程混合智能建模及应用研究博士学位论文

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1、学位论文若干具有综合复杂特性的冶金工业过程混合智能建模及应用研究作者姓名：指导教师：院士东北大学自动化研究中心申请学位级别：博士学科类别：工学学科专业名称：控制理论与控制工程论文提交日期：论文答辩日期：学位授予日期：答辩委员会主席：评阅人：ADissertationfortheDegreeofDoctorinControlTheoryandControlEngineeringResearchonHybridIntelligentModelingandApplicationsforSeveralMetallurgicalIndustryProcesseswithIntegratedCompl

2、exitiesbyTieMingSupervisor:ProfessorChaiTianyouNortheasternUniversityAugust2006独创声明本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示诚挚的谢意。学位论文作者签名：签字日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印

3、件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。（如作者和导师同意网上交流，请在下方签名：否则视为不同意）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：签字日期：若干具有综合复杂特性的冶金工业过程混合智能建模及应用研究摘要在冶金工业中，实现先进控制与优化控制需要建立相应的控制模型，而控制模型的基础则是开发建立生产过程的动态模型。生产过程的动态模型可以替代实际生产过程进行优化控制方法、策略研究所必须的调试和验证，从而避免实际工业实验的昂贵成本与巨大停产损失。此外，冶金工业过程动态特性的研究与仿真软件开发也需要基于生产过程动态模型。许多冶金工

4、业生产过程具有综合复杂特性，表现在非线性机理复杂、多变量、大滞后、参数时变、分布参数、强耦合、不确定性，并且生产过程的许多工艺设备间相互关联复杂，传统数学建模方法不能满足描述其复杂动态特性与进行优化控制研究的需求。因此，如何采用智能方法对复杂冶金过程进行建模成为一个亟待解决的难题。本文依托宝钢重大项目“冷连轧机轧制过程动态仿真与控制优化”和国家高技术研究发展863计划“选矿工业过程综合自动化系统研究与开发”，针对冷连轧和磨矿分级的具体过程，进行冶金工业过程混合智能建模策略研究，建立了磨矿分级混合智能动态模型与冷连轧混合智能动态模型，并基于此进行仿真应用研究，具体工作和成果如下：1.以螺旋分

5、级机为一段分级设备的两级磨矿流程在我国广泛使用，与国际上通用的磨矿分级流程明显不同，本文针对这类磨矿流程进行了混合智能建模的深入研究。首先建立磨矿分级机理模型、旋流器模型参数推理系统、磨机有用功耗TSK模型、分级粒度误差补偿RBF模型与溢流流量RBF模型，然后建立的整个流程的磨矿分级混合智能动态模型。应用某选矿厂磨矿分级生产数据进行实验研究，本文模型对粒度、有用功耗等的仿真结果与实测值动态特性相符；2.基于上述磨矿分级混合智能模型开发了模块化仿真软件与数据库，并据此建立磨矿分级分布式半实物仿真平台进行优化控制实验，运行效果表明该仿真平台为粒度、能耗等生产指标优化控制研究提供了便捷、可靠、直

6、观的虚拟实验对象，现已成为985流程工业综合自动化科技创新平台智能优化控制子平台的重要组成部分；3.针对多机架冷连轧过程的综合复杂特性和现有轧制模型存在问题，在各轧制工作点线性化机理方程得到多个冷连轧动态状态空间模型，给出基于案例推理的多模型选择算法，建立轧机出口轧件速度RBF模型估计机架间板厚延时，研制冷连轧混合智能动态模型。使用某钢厂2030mm五机架冷连轧机系统生产数据进行实验，在板厚控制系统设定和轧件扰动变化下，本文模型的轧制力、板厚、张力、转矩仿真结果与实测值动态趋势一致，误差小于20%；1.基于本文冷连轧混合智能模型开发了虚拟轧机系统的核心部分—轧制过程仿真软件，实现基于WEB

7、的客户层、应用层、资源层的轧制过程仿真结构和模块化的软件开发与仿真模型算法设计。进行了改变控制量与来料厚度扰动的虚拟轧制实验，运行效果表明了基于本文的轧制过程仿真软件的虚拟轧机可以为冷连轧过程优化控制技术研究提供合适的实验对象，现已应用于某钢铁公司2030mm虚拟轧机。关键词综合复杂性冷连轧磨矿分级混合智能动态模型仿真ResearchonHybridIntelligentModelingandApplicationsfo